JP2004311109A - 蓄電池用格子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属のシートをロータリーエキスパンド方式により形成した格子は、その桟部に屈曲部が残り、該屈曲部には歪が多く存在するので、蓄電池用正極板に使用するとその部分が局部的に腐食を受け短寿命になる欠点を有していたのに対して、前記欠点を除去し、ロータリーエキスパンド方式による寿命性能の安定した蓄電池用格子の製造方法を提供することにある。
【解決手段】ロータリーエキスパンド方式により形成された格子の桟部をロールプレスにより加工前のシート厚の１１０％以上、１５０％以下にプレス処理する、さらに前記ロールが１００℃以上に加熱されていることを特徴とするものである。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電池用格子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蓄電池、例えば、鉛蓄電池の正・負極板は、鉛または鉛合金からなる格子に、酸化鉛を主体とする鉛粉を希硫酸で練膏したペーストを充填・熟成・乾燥した後、電解液である希硫酸中で、電気化学的に酸化・還元反応を起こさせる化成工程を経て作製される。前記格子を作製する方法には、溶融状態の鉛または鉛合金を鋳型に注入・固化する鋳造方式によって直接格子を形成する方法と、鉛または鉛合金からなるシートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により枡目を形成する方法とがある。近年では生産性の優れている後者の方式が増加傾向にある。
【０００３】
エキスパンド加工方式には、ダイスカッターの上下運動によって金属シート（以降、シートと記載）に両端部から順に各枡目を形成するレシプロ方式と、ロータリーカッタ−の回転によってシートに千鳥状のスリットを形成し、このシートを両側から展開することによりスリットを網目状に展開するロータリー方式とがある。本発明は、ロータリー方式による格子の製造方法の改善に関するものである。
【０００４】
ロータリーエキスパンド方式は２段階の工程からなっている。
【０００５】
第１段階は、シートの進行方向に沿って千鳥状になるように複数本の互いに平行なスリットを刻むと共に、シート幅方向に隣り合うスリットにより形成された線部をシート面から表裏両方向に交互に凸状に塑性変形させながら、非スリット部の平坦領域が前記凸状線部の結節部となるように形成していく工程からなっている。
【０００６】
第２段階は、加工された前記シートを幅方向へ展開して網目部を形成する工程からなっている。
【０００７】
図１は、第１段階の加工工程の一例を示す要部側面図で、１ａは上部のロ−タリーカッタ−、１ｂは下部のロ−タリーカッタ−、２１は加工前のシート、２２は加工後のシートをそれぞれ示す。図２は、第１段階の加工が終了した時点のシートの状態を示す要部斜視図で、３は屈曲部を示す。
【０００８】
図２に示すように、ロータリーカッタ−の凸状加工面の形状が反映され、スリット頂点部は屈曲し、屈曲部３を形成している。したがって、この時点で、加工されたシートの厚み、すなわち，上下の凸状線部の頂点間の厚みは、使用するロータリーカッターの形状および形成する格子の設計によっても変わってくるが、通常、加工前のシートの厚みの１８０％以上に形成される。
【０００９】
第２の段階で、前記加工されたシートを幅方向に展開する際に、上記屈曲部３は、切断時の加工硬化により変形抵抗が大きくなっているために伸ばされ難く、歪を保持したまま屈曲部が残ってしまう。展開後の格子厚みは、最適設計、すなわちスリット幅とシート厚みを１：１にした場合でも、展開時に桟部がねじれるのでシート厚に対して１４０％の厚みになるが、上述したように屈曲部が残ってしまうので格子厚みはさらに厚くなる傾向にある。
【００１０】
図３は、展開後のシートの状態を示す平面図（ａ）およびＡ−Ａ断面図（ｂ）で、３は屈曲部、４は結節部、５は網目部、７は格子、８は格子の上額縁、９は桟部をそれぞれ示す。
【００１１】
図３（ａ）および（ｂ）の○で囲んだ部分には屈曲部３の一部が伸ばされずに残り、部分的に格子厚み方向に出っ張った形状をしている。したがって、この部分には歪が多く存在する。従来では、このような格子に上述したようにペーストを充填・熟成・乾燥し、未化成極板を作製していた。
【００１２】
【発明が解決しようとしている課題】
屈曲部３が残った格子を、特に正極板に使用した鉛蓄電池を腐食試験（通常、過充電試験のことをいう）に供したところ、屈曲部３には歪が多く存在しているため、その部分が集中的に腐食を受け、体積膨張し、正極板と対面しているセパレータを局部的に圧迫するためにセパレータが劣化・破断して短絡に至ることがあった。また、厚み方向に対する膨張が圧迫によって制限された場合には、極板高さ方向に膨張することになり、正極板の上額縁が機械的に伸び、負極ストラップと接触し短絡を起こし、短寿命になる問題をも抱えていた。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、シートの展開後に残存する屈曲部の出っ張りを緩和することによりその部分の歪が少なくなり、歪に起因する正極格子の腐食が大幅に低減し、寿命性能の安定した蓄電池用格子の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段として、請求項１によれば、金属シートをロータリー式エキスパンド加工方式により格子を形成する蓄電池用格子の製造方法において、
前記格子の厚みを、ロールプレスにより加工前のシート厚みの１１０％以上、１５０％以下にプレス処理することを特徴とするものである。
【００１５】
シートを展開した後、格子の桟部の屈曲部の出っ張りが残存し、該屈曲部には歪が多く存在するので蓄電池使用中にその部分が局部的に腐食を受けるのに対して、本発明では、シート展開後、格子をロールプレスでプレス処理して桟部に残存している屈曲部の出っ張りを緩和することによって歪が少なくなり、その部分での局部腐食が低減されることがわかった。
【００１６】
ロールプレスした後の格子の厚みが、加工前のシート厚みの１５０％より厚い場合には、屈曲部の出っ張りが十分に緩和されておらず、その効果が少なく、１１０％までプレスすると格子そのものの変形が大きく、逆に桟部に歪が発生し、むしろ腐食が促進し、格子の伸びが返って大きくなった。したがって、プレス後の格子の厚みが加工前のシート厚みの１１０％以上、１５０％以下になるようにプレスするのが好ましい。
【００１７】
請求項２によれば、前記ロールプレスの表面温度が１００℃以上に加熱されていることを特徴とするものである。
【００１８】
展開された格子をロールプレスする際に、ロールを加温し、格子を加熱すると金属格子に展性が付加され、軟らかくなって、プレスした際に、前記屈曲部の出っ張りが変形し易くなり、屈曲部の歪が効果的に除去される。その際の、ロールプレスの表面温度が１００℃より低いと、金属格子に展性が十分付加されないためにその効果が小さい。したがって、１００℃以上にすることが好ましい。
【００１９】
【実施の形態】
本発明は、ロータリー式エキスパンド加工方式により作製された格子の桟部に歪を多く抱えた屈曲部が残存し、該部分が集中的に腐食を受けるのを抑制するために、展開後の格子をロールプレスでプレス処理をして前記屈曲部の出っ張りを緩和し、該部分の歪を少なくし、歪に起因する局部腐食を低減しようとするものである。図４はその実施例を示す要部模式断面図で、３は屈曲部、６ａは第１のロール、６ｂは第２のロール、７は格子、８は格子の上額縁、９は桟部をそれぞれ示す。第１のロール６ａおよび第２のロール６ｂで格子７がプレスされている状態を示している。
【００２０】
格子をプレスする際に、図４に示すように、加工前のシートの厚みをｄ_０、プレス後の格子の厚みをｄとしたときに、ｄ／ｄ_０×１００が１１０％以上、１５０％以下になるようにプレスすると共に、ロール表面の温度を１００℃以上に保って、該格子を加熱してプレスの効果を高めようとするもので、以下、実施例に基づき詳細に説明する。
【００２１】
【実施例】
Ｐｂ−０．０６％Ｃａ−１．３％Ｓｎ合金からなる約１０ｍｍのスラブを多段ロール方式により１．０ｍｍに圧延したシートを、常法のロータリーエキスパンド方式により加工・展開した後に、次の工程に設置した本発明の方式であるロールプレス機を通過させてプレス処理を行った。その場合、プレス後の格子厚みをｄ、加工前のシート厚みをｄ_０とした時に、ｄ／ｄ_０×１００が、９０％から１８０％まで変化するように、プレスロール間を調整した。さらに、ロール表面の温度もヒーターにより２５℃から３００℃まで変化させ、これらを組み合せて格子を作製した。この場合のロールプレス機の回転速度は２０ｍ／分の条件で行った。
【００２２】
上記各格子に正極ペーストを充填し、熟成・乾燥を経て未化成正極板を作製した。この正極板と常法により作製したエキスパンド格子からなる負極板および微孔性のポリエチレンを主体としたセパレータとを積層して、ＪＩＳ Ｄ ５３０１に規定されている５５Ｄ２３型の自動車用鉛蓄電池を作製した。これら蓄電池に所定比重、所定量の希硫酸を注入して電槽内で化成を行った。
【００２３】
上記蓄電池をＪＩＳ Ｄ５３０１に準ずる軽負荷寿命試験に供した。寿命試験条件を以下に示す。
試験温度：水槽 ７５℃
放電：２５Ａで４分間
充電：１４．８Ｖ（制限充電電流：２５Ａ）で１０分間
上記充・放電を繰り返し、２，５００サイクルで試験を終了し、蓄電池を解体し、正極板の最大伸びを調査した。図５に格子厚みｄ／加工前シート厚みｄ_０×１００と正極板の最大伸び（％）との関係を示す。正極板の伸びは、プレス時のロールの温度２５℃でプレスがかかっていない格子厚み１８０％の正極板の最大伸びを１００としたときの比率で表した。
【００２４】
図５に示すように、プレスに関しては、ｄ／ｄ_０×１００を１００％あるいはそれより薄い９０％までプレスすると、格子自体の変形が大きくなり、逆に歪が増加し、ロールプレスの温度に関係なく、いずれも腐食を抑制する点では逆効果で格子伸びが大きくなった。
【００２５】
一方、プレスが弱く、ｄ／ｄ_０×１００が１６０％以上になると、ロールプレスの温度に関係なく、屈曲部の出っ張りの緩和が不十分で格子伸びの低減効果がほとんど得られなかった。
【００２６】
したがって、プレスに関しては、ｄ／ｄ_０×１００を１１０％以上、１５０％以下になるようにプレスするのが好ましいことが明らかになった。
【００２７】
一方、ロールの温度に関しては、ロールの表面温度が２５℃あるいは５０℃と加熱温度が低い条件では、格子に十分な展性が付加されておらず、ロールプレスの効果が十分でなく、格子の伸びの抑制は最大で約２０％であった。これに対して、ロールの温度１００℃で格子を加熱すると共に、プレスによりｄ／ｄ_０×１００を１２０〜１３０％にすると屈曲部の出っ張りがより緩和され、その部分の歪がより少なくなり、格子の伸びを約３５％低減できた。さらに、２００℃では、１２０〜１３０％にプレスした場合、格子の最大伸びは４２〜４５％低減できた。しかし、ロールの温度が３００℃になると鉛あるいは鉛合金の融点に近づくので、格子が軟らかくなり過ぎ、格子自体が大きく変形し、返って寿命試験中の腐食が進行し、伸びの低減効果は２００℃の場合より低下した。
【００２８】
なお、実施例では、Ｐｂ−０．０６％Ｃａ−１．３％Ｓｎ合金シートを加工して得た格子を用いた鉛蓄電池について説明したが、本発明は、鉛蓄電池に限定するものでなく、金属シートを加工して形成した格子を用いる蓄電池であればいずれの蓄電池にも適用可能である。
【００２９】
上記実施例でのロールプレス機の回転速度は２０ｍ／分の条件で行ったが、回転速度１０〜３０ｍ／分の範囲でほぼ同様の効果が得られることを確認した。しかし、回転速度が１０ｍ／分より遅くなると、特に高温でのプレスにおいて温度の影響を過度に受け、軟らかくなり過ぎて、逆効果になった。一方、回転速度が３０ｍ／分より速くなると、特に、低い温度のプレスにおいて、温度の効果が低減し、本発明の効果が十分に得られなかった。
【００３０】
【発明の効果】
ロータリー式エキスパンド加工方式により形成された格子は、ロータリーカッタ−の凸状加工面の形状が反映され、スリット頂点部が屈曲する。該屈曲部は、加工硬化により変形し難くなっているので、展開後も残存する。該屈曲部には多くの歪が存在し、蓄電池使用中にその部分が局部的に腐食を受け、格子の伸びが進行し、蓄電池が短寿命になる傾向があった。それに対して、本発明では、加工後の格子をロールプレスで加工前のシート厚みの１１０％〜１５０％にプレス処理することによって、前記屈曲部の出っ張りが緩和され、その部分の歪が少なくなる。さらに前記ロールを１００℃以上に加熱することによって、金属に展性が付加され、プレスがより効果的に作用し、歪に起因する局部腐食が大幅に低減され、安定した寿命性能の蓄電池が得られ、その工業的効果が極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なロータリー式エキスパンド加工工程を示す要部側面図。
【図２】ロータリー式エキスパンド加工工程により鉛合金シートにスリットが形成された状態を示す要部斜視図。
【図３】ロータリー式エキスパンド加工により形成された格子の桟部の形状を示す平面図およびそのＡ−Ａ断面図。
【図４】ロールプレス処理を模式的に示す要部断面図。
【図５】寿命試験後の正極格子の最大伸びと格子厚みｄ／加工前のシートの厚みｄ_０×１００との関係を示す図
【符号の説明】
１ａ 上部ロータリーカッター
１ｂ 下部ロータリーカッター
２１ 加工前のシート
２２ 加工後のシート
３ 屈曲部
４ 結節部
５ 網目部
６ａ 上部ロールプレス
６ｂ 下部ロールプレス
７ 格子
８ 上額縁
９ 桟部

Claims (2)

1. 金属シートをロータリー式エキスパンド加工方式により格子を形成する蓄電池用格子の製造方法において、
   前記格子の厚みを、ロールプレスにより加工前のシート厚みの１１０％以上、１５０％以下にプレス処理することを特徴とする蓄電池用格子の製造方法。
2. 前記ロールプレスの表面温度が１００℃以上に加熱されていることを特徴とする請求項１に記載の格子の製造方法。

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